Strenge tests vormen de kern van elke succesvolle ruimtemissie. De James Webb-ruimtetelescoop (JWST) zal een miljoen mijl verderop zijn wanneer hij zijn bedrijfskritische zonnescherm gebruikt en als het niet werkt zoals gepland, dan is dat het wel. Spel is over.
De Webb is de meest geavanceerde ruimtetelescoop ooit gebouwd. Het is een infraroodtelescoop en een zeer gevoelige telescoop. Maar om de extreme gevoeligheid te bereiken waarmee het exoplaneten en het verre, vroege universum kan bestuderen, moet het koel worden gehouden. Heel cool. En dat is de taak van het zonnescherm.
Het zonnescherm is cruciaal bij het ontwerp van de telescoop. De James Webb staat op Lagrange Point 2 (L2), in een halo-baan die de aarde, de maan en de zon erachter houdt. De zon is de belangrijkste warmtebron van de telescoop en de aarde en de maan zijn slechts secundaire bronnen. Het schild blokkeert effectief alle energie die afkomstig is van alle drie die lichamen en houdt de 'scope op zijn bedrijfstemperatuur, onder -220 Celsius (-370 F; 50 K.)
Er zal een extreem temperatuurverschil zijn tussen de zonneschermzijde van de JWST en de ‘scope-zijde. NASA zegt dat het zonnescherm temperaturen van 110 C (230 F; 383 K) kan bereiken die heet genoeg zijn om een ei te koken, terwijl de schaduwzijde van de telescoop koud genoeg is om zuurstof te bevriezen.
“Het was voor het eerst dat de zonnekap werd ingezet en gespannen door de ruimtevaartuigelektronica en met de telescoop erboven. '
James Cooper, JWST Sun-shield Manager.
Technici en ingenieurs hebben zojuist alle vijf de lagen van het zonnescherm getest en het schild in dezelfde positie geplaatst als op L2, 1,6 miljoen km (1 miljoen mijl) van de aarde. NASA zei in een persbericht dat die tests de eigen systemen van het ruimtevaartuig gebruikten om het schild in te zetten en dat de tests succesvol waren.
“Het was voor het eerst dat de zonnekap werd ingezet en gespannen door de ruimtevaartuigelektronica en met de telescoop erboven. De implementatie is daardoor visueel verbluffend en het was een uitdaging om dit te bereiken '', aldus James Cooper, NASA's Webb Telescope Sunshield Manager bij NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.
Het zonnescherm bestaat uit vijf lagen van een materiaal genaamd Kapton. Elk van de lagen heeft een specifieke dikte en ze zijn gescheiden door een specifieke afstand. Het schild heeft ook naden en andere kenmerken die het versterken tegen meteoren. Elk van de lagen is bedekt met aluminium en de twee lagen die het dichtst bij de zon liggen, laag 1 en 2, hebben een zogenaamde 'gedoteerde silicium'-coating om de ultraviolette energie van de zon terug de ruimte in te reflecteren.
"Deze test toonde aan dat het zonnescherm systeem de omgevingsproeven van ruimtevaartuigelementen heeft overleefd en ons heeft geleerd over de interfaces en interacties tussen de telescoop en zonneschermdelen van het observatorium," voegde Cooper eraan toe. "Hartelijk dank aan alle ingenieurs en technici voor hun doorzettingsvermogen, focus en talloze uren inspanning om deze mijlpaal te bereiken."
De ruimtevaartuigbus van James Webb is ongeveer even groot als de Hubble. Maar de spiegel van de JWST is dubbel zo groot als die van de Hubble. Het is een met goud beklede spiegel van beryllium met een diameter van 6,5 m (21,3 ft) met een diameter van 18 zeshoekige segmenten, met een gecombineerd verzameloppervlak van 25 vierkante meter. In feite is de gouden spiegel van de Webb al een cultureel icoon, ook al is hij nog niet gelanceerd.
De spiegel moet zo groot zijn om zijn missiedoelen te halen, waaronder het waarnemen van het licht van de eerste sterren en sterrenstelsels in het universum en het bestuderen van onder meer exoplaneten. Maar de spiegel en de benodigde zonwering zijn te groot om in een raket te passen. Daarom worden zowel de spiegel als de zonnekap opgevouwen voor lancering en pas ingezet als de telescoop op weg is naar zijn bestemming, een ingewikkelde manoeuvre. Niet alleen dat, maar het testen gebeurt allemaal in de zwaartekracht van de aarde, terwijl de daadwerkelijke inzet zal plaatsvinden zonder zwaartekracht.
En dat is waar alle testen en hertesten over gaan. In tegenstelling tot de Hubble, die in Low-Earth Orbit toegankelijk was voor astronauten voor reparatiemissies, is de JWST buiten bereik. Het is mogelijk dat een toekomstig ruimtevaartuig met de James Webb zou kunnen worstelen om grove implementatiefouten op te lossen. Maar componenten kunnen niet worden vervangen. In wezen is er maar één kans om de spiegel en het zonnescherm correct te gebruiken.
Met deze belangrijke test achter de rug, moeten de ingenieurs en technici het zonnescherm nu zorgvuldig in de lanceringsconfiguratie plaatsen en het op de exacte positie vouwen die nodig is voor een succesvolle implementatie. Daarna meer tests.
Er zijn nog steeds uitgebreide elektrische tests die moeten worden uitgevoerd, evenals mechanische tests die de krachten nabootsen die de ‘scope zal ervaren tijdens de lancering op de Ariane 5-raket die hem de ruimte in zal brengen. Dan is er nog een test van de implementatie van de James Webb en een laatste opslag.
De lancering is gepland voor 30 maart 2021. Er is een reeks vertragingen opgetreden voor de JWST, die oorspronkelijk ergens tussen 2007 en 2011 zou worden gelanceerd. Het is een gecompliceerde missie en een ingewikkeld, duur stuk technologie. NASA is de primaire ontwikkelaar, maar zowel de European Space Agency als de Canada Space Agency hebben aanzienlijke bijdragen geleverd.
Als het eenmaal in zijn halo-baan bij L2 is en als de implementatie goed verloopt, zal het baanbrekend werk verrichten. En hopelijk vergeten we alle vertragingen.
Meer:
- Persbericht: NASA's James Webb-ruimtetelescoop keurt kritieke zonneschermimplementatietests goed
- Persbericht: The Complex Material Engineering van NASA's Webb Telescope Sunshield
- Space Magazine Video: Rise of the Supertelescopes Part 2 - Space Telescopes
